JPH07259563A

JPH07259563A - エンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JPH07259563A
Application number: JP6079660A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kudo; 秀俊工藤; Toshiyuki Terashita; 敏幸寺下; Yoshiaki Nakayama; 佳映中山; Hiroyuki Yamamoto; 博之山本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 1995-10-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ＨＣ低減、ＮＯｘ低減と、ノッキング防止とを
行なう。【構成】燃焼室１の略中心部にのみ点火プラグ１０が配
設される。燃焼室１の外周縁部には、燃焼室周方向略等
間隔に２つの副室１１、１２が形成される。副室１１
（１２）は、噴孔１１ａ、１１ｂ（１２ａ、１２ｂ）を
介して、燃焼室１と連通されている。噴孔１１ａと１１
ｂ（１２ａと１２ｂ）とは、それぞれ燃焼室１の略接線
方向に指向されると共に、互いに逆向きとされている。
点火プラグ１０による着火が行なわれた後、早い時期に
副室１、１２内で自己着火されて、噴孔１１ａ〜１２ｂ
から噴出される火炎Ｋ３が燃焼室周方向に成長される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に排気ガス中のＨＣ
成分を大幅に低減し得るようにしたエンジンの燃焼制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン、特に自動車用エンジンとして
一般的な火花点火式エンジンにおいては、排気ガス中の
有害成分が問題となる。この有害成分のうち、ＨＣは、
壁面冷却されやすい燃焼室外周縁部で生じやすいものと
なる。

【０００３】実開昭５５−６４８４号公報には、１つの
点火プラグ（点火ギャップ）と点火プラグを有しない２
つの副室とを、燃焼室中心部分に集中させて、かつ燃焼
室直径方向に隔置して設け、しかも、副室と燃焼室とを
連通する噴孔を燃焼室外周縁部のうち冷却されやすいク
エンチゾ−ンに指向させたものが開示されている。この
ものによれば、点火プラグによる着火がおこなわれた
後、副室内で自己着火されて、この自己着火された火炎
が、噴孔よりクエンチゾ−ンにむけて噴出されることに
なる。また、副室の自己着火を利用した他の技術として
は、特開昭６２−２３３４１６号公報に記載のものがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
５５−６４８４号公報に記載された技術では、副室の噴
孔から噴出される火炎が、燃焼室略中心部から燃焼室外
周縁部に向うというように、燃焼室外周縁部のうち特定
の一部の領域しか指向しないので、ＨＣを大幅に削減す
るまでにはいたらないものとなる。

【０００５】また、特開昭６２−２３３４１６号公報に
記載のものは、ディ−ゼルエンジンにおいて、副室から
の噴流を利用して後期燃焼を促進するためのものであ
り、積極的にＨＣ削減を意図したものではない。とりわ
け、また副室から噴出される火炎は、燃焼室の中心部に
向うように指向されるもので、燃焼室外周縁部で生じや
すいＨＣ削減というものは何ら意図されていないものと
いえる。

【０００６】本発明の目的は、ＨＣを大幅に削減しつ
つ、ＮＯX 低減とノッキング防止とを合わせて行うこと
ができるようにしたエンジンの燃焼制御装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明にあっては次のような構成としてある。すな
わち、燃焼室に配設された点火プラグにより、燃焼室に
供給された混合気の着火を行うようにした火花点火式の
エンジンにおいて、燃焼室外周縁部に副室が構成され、
前記副室は、燃焼室の略接線方向に指向された噴孔を介
して燃焼室と連通され、前記点火プラグが、前記副室内
には配設されていないで燃焼室の略中心部にのみ配設さ
れ、前記点火プラグによる混合気の着火後に、前記副室
内で自己着火が行なわれるように設定されている、よう
な構成としてある。上記構成を前提とした本発明の好ま
しい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記
載のとおりである。

【０００８】

【発明の効果】請求項１に記載された本発明によれば、
副室から噴孔を通して噴出される火炎は、燃焼室周方向
に沿って成長されるので、燃焼室外周縁部で生じやすい
ＨＣを大幅に低減することができる。そして、副室には
点火プラグを設けないで、燃焼室略中心部に設けた１つ
の点火プラグの着火を利用した副室内での自己着火を利
用するので、各副室毎に点火プラグを設ける場合に比し
て構成も簡単になる。

【０００９】また、燃焼場に、点火プラグの着火により
生じた火炎と副室からの火炎とによって大きな撹乱作用
が生じ、これによるラジカルな反応によって、燃焼室中
心から外周縁部に向う火炎中の気相クエンチによるＨＣ
が十分に酸化されると共にＮＯX が還元され、ＨＣがよ
り効果的に削減されるばかりでなくＮＯX も削減される
ことになる。さらに、燃焼室外周縁部における燃焼が、
副室を利用して比較的早期のうちに十分におこなわれる
ので、ノッキングの原因となるエンドガスゾ−ンでの異
常燃焼発生つまりノッキングが防止され（ノッキング限
界向上）、エンジンの出力向上の上でも好ましいものと
なる。

【００１０】請求項２に記載したような構成とすること
により、噴孔からの火炎は、早期のうちに燃焼室外周縁
部の全周あるいはほぼ全周に成長して、ＨＣを大幅に低
減する上で好ましいものとなる。また、請求項３に記載
したような構成とすることにより、副室の数を極力少な
くしつつ、請求項２での効果を得ることができる。

【００１１】請求項４に記載したような構成とすること
により、副室付きのエンジンを容易に構成することがで
きる。請求項５に記載したような構成とすることによ
り、自動車用エンジンとして一般的なペントル−フ型の
燃焼室を有するものにおいて、請求項４での効果を得る
ことができる。

【００１２】請求項６、請求項７、請求項１０、請求項
１３〜請求項１５、請求項１９、請求項２１、請求項２
３、請求項２４、請求項２８および請求項３０〜請求項
３４に記載したような構成とすることにより、副室内で
の自己着火時期を早めて、請求項１に対応した効果をよ
り助長させる上で好ましいものとなる。

【００１３】請求項７に記載したような構成とすること
により、副室での自己着火時期を早めつつ、流入口を通
して燃焼室中心部側へと副室からの噴流がもれ出るのを
防止する上で好ましいものとなる。

【００１４】請求項８に記載したような構成とすること
により、複雑な構造を有する燃焼室上方を避けて、副室
構成部材を取付けることができる。また、請求項９に記
載したような構成とすることにより、副室構成部材を２
つの燃焼室用として兼用させて、配設スペ−スの確保や
構造簡単化等の上で好ましいものとなる。

【００１５】請求項１１に記載したような構成とするこ
とにより、副室をエンジンに設けることが容易となる。
また、請求項１２に記載したような構成とすることによ
り、本体部材内に閉じられた副室を構成する必要がなく
なるので、全体として副室構成部材の製造が容易とな
る。

【００１６】請求項１６に記載したような構成とするこ
とにより、燃焼室内の高温燃焼ガスを効果的に利用し
て、副室の自己着火時期を早める上で好ましいものとな
る。請求項１７に記載したような構成とすることによ
り、副室と燃焼室との間での高温の燃焼ガスのやりとり
に大きな運動エネルギを消費することが防止されて、高
温燃焼ガスを利用した副室での自己着火を早める上で好
ましいものとなる。請求項１８に記載したような構成と
することにより、低温ＥＧＲと高温ＥＧＲとを切換えて
行なう場合の構成が簡単となる。

【００１７】請求項２０に記載したような構成とするこ
とにより、縦渦を利用して、ラジカル領域を燃焼室の上
下方向に厚くして、副室での自己着火時期を早める上で
特に好ましいものとなる。

【００１８】請求項２２に記載したような構成とするこ
とにより、特にＮＯｘ低減の上で好ましいものとなる。

【００１９】請求項２５に記載したような構成とするこ
とにより、ノッキングが生じやすい領域では高オクタン
価燃料を使用してノッキングが効果的に防止される。ま
た、上記以外の領域では、低オクタン価燃料を利用した
燃焼を行なうことによって多量に生じるＣ２ラジカルを
利用して、副室での自己着火時期を早めて、請求項１に
対応した効果をより助長させる上で好ましいものとな
る。

【００２０】請求項２６に記載したような構成とするこ
とにより、低オクタン価燃料を利用した燃焼の際に多量
に生じるＣ２ラジカルを利用した副室での自己着火時期
を早める上で好ましいものとなる。また、高オクタン価
燃料も合せて供給されているので、耐ノック性の点でも
問題とならない。

【００２１】請求項２７に記載したような構成とするこ
とにより、オクタン価の相違する大きな燃料タンクが１
つで済むことになる。

【００２２】請求項２９に記載したような構成とするこ
とにより、副室に邪魔されることなく吸気ポ−トの開口
面積を十分に確保して、エンジン出力向上の上で好まし
いものとなる。

【００２３】請求項３５あるいは請求項３６に記載した
ような構成とすることにより、請求項１に対応した効果
を十分に助長させて得ることができる。

【００２４】

【実施例】以下本発明の実施例を添付した図面に基づい
て説明する。図１、図２の説明図１、図２において、１は火花点火式とされた往復動型
エンジンの燃焼室であり、既知のようにシリンダヘッド
ＳＨに形成されている。燃焼室１は、２つの傾斜面１
ａ、１ｂを有するペントル−フ型とされて、傾斜面１ａ
と１ｂとが交差する稜線が符合αで示される。そして、
稜線αは、図示を略すクランク軸と平行に伸びている。

【００２５】一方の傾斜面１ａには、稜線α方向に間隔
をあけて２つの吸気ポ−ト２、３が開口されている。ま
た、他方の傾斜面１ｂには、稜線α方向に間隔をあけて
２つの排気ポ−ト４、５が開口されている。各吸気ポ−
ト２、３は、シリンダヘッドＳＨの一方の側面（図１上
方）に開口され、各排気ポ−ト４、５はシリンダヘッド
ＳＨの他方の側面に開口されて、シリンダヘッドＳＨの
一方の側面から吸気が導入されて、シリンダヘッドＳＨ
の他方の側面から排気されるいわゆるクロスフロ−型と
されている。勿論、それぞれ図示は略すが、各吸気ポ−
ト２、３、各排気ポ−ト４、５は、クランク軸の回転と
同期して、傘弁式の吸気弁あるいは排気弁により周知の
タイミングで開閉される。

【００２６】稜線αが通る燃焼室１の中心には、１つの
点火プラグ（点火ギャップ）１０が配設されている。ま
た、燃焼室１の外周縁部には、稜線αの各端部におい
て、副室１１、１２が形成されている。すなわち、２つ
の副室１１と１２とは、燃焼室周方向においてほぼ１８
０度間隔で配設された構成とされている。各副室１１、
１２の容積は、燃焼室１の容積に比して十分小さなもの
とされている。各副室１１、１２はそれぞれ、２つの噴
孔１１ａ、１１ｂあるいは１２ａ、１２ｂを有する。副
室１１の２つの噴孔１１ａ、１１ｂは、副室１１と燃焼
室１とを連通していて、噴孔１１ａと１１ｂとは、燃焼
室周方向において互いに逆向きでかつそれぞれ燃焼室１
の略接線方向に指向されている。同様に、副室１２の２
つの噴孔１２ａ、１２ｂは、副室１２と燃焼室１とを連
通していて、噴孔１２ａと１２ｂとは、燃焼室周方向に
おいて互いに逆向きでかつそれぞれ燃焼室１の略接線方
向に指向されている。

【００２７】前記副室１１、１２および噴孔１１ａ、１
１ｂ、１２ａ、１２ｂは、後述するように、副室構成部
材２１、２２を利用して構成されている。この、副室構
成部材２１、２２は、シリンダヘッドＳＨとは別体に形
成されて、点火プラグ１０と同様に、燃焼室１の上方か
ら、ねじ込みによってシリンダヘッドＳＨに取付けられ
るようになっている。このような、上方からの副室構成
部材２１、２２の取付手法を採択することにより、その
整備性の点で好ましいものとなる。

【００２８】以上のような構成において、点火プラグ１
０により、燃焼室１内に供給された混合気が着火され
る。点火プラグ１０の着火により生じた火炎（以下主火
炎と称す）は、点火プラグ１０を中心にして燃焼室外周
縁部へと向けて環状にひろがっていき、この燃焼室外周
縁部に向う主火炎の内側部分は既燃部分Ｋ１となる。

【００２９】主火炎の火炎伝播によって、燃焼室１内の
圧力は上昇するが、副室１１、１２内の圧力は、噴孔１
１ｂ、１２ａ、１２ｂの絞り作用によって燃焼室１の圧
力よりも小さいものとなる。このような燃焼室１と副室
１１、１２との圧力差によって、燃焼室１から副室１
１、１２へ向う強い流れが生じ、副室１１、１２内部の
乱れエネルギが増大される。また、主火炎の予反応帯
（図１符合Ｋ２で示す）におけるラジカルを大量に含む
高温の混合気が、副室１１、１２内部に流入するため、
当該副室１１、１２内部の混合気の温度は上昇し、かつ
活性化する。

【００３０】以上のような過程を経て、副室内部１１、
１２の混合気が、自己着火される。自己着火された副室
１１、１２内の燃焼は、高乱流、高温、高活性化状態に
あるので、非常に早く、その圧力上昇率は、燃焼室１内
での圧力上昇率よりも高くなる。したがって、副室１
１、１２からは、噴孔１１ａ、１１ｂ１２ａ、１２ｂを
通して、燃焼室１内へ噴炎火流となって火炎が噴出され
る（副室１１、１２から噴出される火炎を以下副火炎と
称し、図１の符合Ｋ３で示される）。

【００３１】副室１１、１２から噴出される副火炎は、
燃焼室外周縁部に沿って勢いよく成長するので、燃焼室
外周縁部で生じやすいＨＣが大幅に低減される。特に、
副室１１、１２内での自己着火は、主火炎での燃焼割合
が１０％程度というような早期におこなうことができ
る。したがって、主火炎が十分成長する前に、副火炎同
志が燃焼室周方向で合致して（副火炎の火炎面積減
少）、環状の火炎が形成される。この後、環状とされた
副火炎が、燃焼室中心部へ向けて成長して、燃焼室外周
縁部へ向けて成長する主火炎と合体される。

【００３２】主火炎と副火炎とにより、燃焼室１内では
大きな撹乱作用が生じるが、このとき、各火炎中のラジ
カルを利用した酸化および還元反応、例えば次のような
反応が促進される。すなわち、ＮＯｘや主火炎中の気相
クエンチによるＨＣは、ＯＨラジカルと次のように反応
する。ＨＣ＋ＯＨラジカル＝Ｈ₂ Ｏ＋ＣＯ₂ ＮＯｘ＋ＯＨラジカル＝Ｈ₂ Ｏ＋Ｎ₂

【００３３】このようにして、ＨＣがさらに大幅に低減
されるばかりでなく、ＮＯｘも低減されることになる。
また、副火炎によって、比較的燃焼早期のタイミングで
燃焼室外周縁部で十分に燃焼がおこなわれるので、この
燃焼室外周縁部での異常燃焼つまりノッキングも防止さ
れることになる。しかも、燃焼後期での燃焼を早期に終
了させることができるので、この分点火時期を遅角させ
ることができ、ノッキング防止の点でより有利なものと
なる。

【００３４】図３、図４の説明図３、図４は、本発明の他の実施例を示すものであり、
前記実施例と同一構成要素には、同一符合を付してその
説明は省略する（このことは、以下のさらに別の実施例
についても同じ）。本実施例では、副室構成部材２１、
２２を、燃焼室１の側方からシリンダヘッドＳＨに取付
けるようにしてある。これにより、複雑な構成とされる
シリンダヘッドＳＨの上方部分を避けて、副室１１、１
２を所定位置に配設することができる。ただし、副室構
成部材２１、２２の取付高さ確保のため、シリンダヘッ
ドＳＨのうち副室構成部材２１、２２の取付位置部分
が、通常のエンジン用に比して高くされている。なお、
副室構成部材２１、２２を燃焼室側方から取付ける場
合、シリンダヘッドＳＨとシリンダブロックとの間に介
在されるガスケット部材に、当該副室構成部材２１、２
２を保持させることもできる。

【００３５】また、本実施例では、副室構成部材２１、
２２つまり副室１１、１２を、稜線αよりも排気ポ−ト
４、５側にオフセットした位置に配設するようにしてあ
る。これにより、吸気ポ−ト２、３の開口面積を十分大
きいものに確保する上で好ましいものとなる。なお、稜
線αを、図１あるいは図３に示す場合に比して、全体的
に排気ポ−ト４、５側にオフセットさせるようにしても
よい（傾斜面１ａを傾斜面１ｂよりも広いものとす
る）。

【００３６】図５の説明図５は、図１〜図４に示される副室構成部材２１、２２
の構成例を示すものであり、両者２１と２２とは同一に
構成されるので、副室構成部材２１に着目して説明す
る。なお、図５では、燃焼室１の上方から取付ける場合
を示してあるが、燃焼室１の側方から取付ける場合も同
様にしておこなうことができる。

【００３７】先ず、副室構成部材２１は、基本的に、本
体部材２５と固定部材２６との２分割構成とされてい
る。本体部材２５は、基端部側が開口された有低筒状と
されている。本体部材２５の先端部側は略円錐形状とさ
れ、当該先端部近傍の側面に、噴孔１１ａ、１１ｂが形
成されている。そして、本体部材２５の基端部側は、他
の部分よりも大径とされたフランジ部２５ａとされてい
る。

【００３８】固定部材２６は、上方から下方へ順に、大
径部２６ａ、中径部２６ｂ、小径部２６ｃとされてい
る。中径部２６ｂは、本体部材２５のフランジ部２５ａ
よりもわずかに大径とされて、その外周には雄ねじ部２
６ｄが形成されている。大径部２６ａは、ナット（ボル
トの頭）形状とされている。さらに、小径部２６ｃは、
本体部材２５の内径と同径とされて、当該本体部材２５
内に、所定深さだけ挿入されて、副室１１の所定容積を
本体部材２５と共働して確保している（小径部２６ｃの
下面が、副室１１の上面を構成）。

【００３９】シリンダヘッドＳＨには、燃焼室１へ開口
する取付孔２７が形成されている。取付孔２７は、燃焼
室１に近い側が小径部２７ａとされ、遠い側が大径部２
７ｂとされている。大径部２７ｂには、固定部材２６の
雄ねじ部２６ｄが螺合される雌ねじ部２７ｄが形成され
ている。

【００４０】取付孔２７の小径部２７ａに対して、本体
部材２５がきっちりと挿入され、所定以上の挿入は、本
体部材２５のフランジ部２５ａが、取付孔２７の各径部
２７ａと２７ｂとの間の段部２７ｃに当接することによ
り規制される。ただし、段部２７ｃとフランジ部２５ａ
との間には、銅板等の金属板からなるガスケット２８が
介在される。この状態で、固定部材２６が、その雄ねじ
部２６ｄを取付孔２７の雌ねじ部２７ｄに螺合させつ
つ、シリンダヘッドＳＨに取付けられる。そして、シリ
ンダヘッドＳＨに螺合された固定部材２６により、本体
部材２５に対して所定押圧力が付与されて、取付けが完
了される。

【００４１】ここで、本体部材２５の燃焼室１に対する
突き出し量を調整することにより、副室１１内での自己
着火の時期を調整（制御）することができる。この場
合、本体部２５の長さを変更することにより上記突き出
し量を調整することもできるが、ガスケット２８の厚さ
を変更することにより突き出し量の調整を行なうのが簡
単である。

【００４２】また、エンジンの種類等に応じて、副室１
１の容積を変更する場合、本体部材２５を共通としつ
つ、固定部材２６における小径部２６ｃの長さ（挿入深
さ）を変更することにより、副室容積の変更を簡単に行
うことができる。なお、本体部材２５と固定部材２６と
は、シリンダヘッドＳＨの取付前に、溶接等によりあら
かじめ一体化しておくこともできる。

【００４３】図６〜図８の説明図６〜図８は、副室構成部材２１、２２を、燃焼室１の
側方から取付ける場合で、かつ、２つの燃焼室の間に配
設する場合に好適な例を示す。図６において、直列多気
筒エンジンにおいて、互いに隣接する２つの燃焼室１Ａ
と１Ｂとの間に配設される副室構成部材３１（副室構成
部材２１あるいは２２に相当）が、当該２つの燃焼室１
Ａ用と１Ｂ用との兼用として構成される。この副室構成
部材３１は、図８に示すように、２つの本体部材３２、
３３と、１つの中間部材３４を互いに溶接等により一体
化することにより、燃焼室１Ａと１Ｂとの配列方向に細
長く形成される。中間部材３４は、本体部材３３、３４
の内径に嵌合された状態とされて、外部に露出されてい
ない状態とされる。

【００４４】本体部材３２と中間部材３４とにより、一
方の燃焼室１Ａ用の副室１１が構成され、本体部材３３
と中間部材３４とにより他方の燃焼室１Ｂ用の副室１２
が構成される。本体部材３２の基端部外周には雄ねじ部
３２ａが形成され、本体部材３３の基端部はフランジ部
３３ａとされている。

【００４５】シリンダヘッドＳＨには、両燃焼室１Ａと
１Ｂとの間において、該両者１Ａと１Ｂとを連通する取
付孔３５が形成されている。この取付孔３５は、小径部
３５ａと大径部３５ｂとを有して、両者の境界が段部３
５ｃとされている。小径部３５ａに、前記雄ねじ部３２
ａが螺合される雌ねじ部３５ｄが形成されている。

【００４６】副室構成部材３１は、大径部３５ｂ側とな
る燃焼室１Ｂ側より、シリンダヘッドＳＨに取付けられ
る。この取付状態では、本体部材３２の雄ねじ部３２ａ
が、取付孔３５の雌ねじ部３５ｄに螺合される。ま
た、、本体部材３３のフランジ部３３ａが、取付孔の大
径部３５ｂにきっちりと嵌合されると共に、段部３５ｃ
に当接された状態とされる。なお、フランジ部３３ａと
段部３５ｃとの間には、銅板等の金属板からなるガスケ
ット３６が介在される。本実施例によれば、狭い２つの
燃焼室１Ａと１Ｂとの間の空間を有効に利用して、副室
を簡単に構成することができる。

【００４７】図９の説明図９は、燃焼室外周縁部の全周に渡って、発熱手段とし
てのヒータ４１を設けたものである。このヒータ４１
は、例えば、セラミックヒータ等、薄板状とされてい
る。このようなヒータ４１を設けることにより、副室１
１、１２での自己着火がより早期化される。副室１１、
１２の早期自己着火化は、より早期に燃焼室外周縁部の
燃焼をおこなってＨＣをより効果的に低減する上で、ま
た、副火炎同士を早期に合致させ、しかもその後の主火
炎と副火炎とを早期に合体させて最大発熱量を抑制する
（ＮＯｘを低減する）上で好ましいものとなる。なお、
ヒータ４１は、燃焼室外周縁部の全周ではなく、一部の
みにもうけてもよい。また、副室１１、１２の高温化と
いう点では、図５一点鎖線で示すように、副室１１、１
２内にグロ−プラグ４２を配設してもよい。なお、グロ
−プラグは、副室１１、１２内ではなくて、燃焼室外周
縁部に、周方向に間隔をあけて複数設けるようにしても
よい（ヒ−タ４１の代り）。

【００４８】図１０、図１１の説明図１０、図１１は、冷却水の流れを制御して、副室１
１、１２高温化を促進するようにしたものである。すな
わち、シリンダヘッドＳＨに形成された冷却水通路を、
少なくとも副室１１、１２付近において、副室直近の冷
却水通路４３とそれ以外の冷却水通路４４との独立構成
として、冷却水通路４３中に開閉弁（図示略）を設けて
ある。なお、図１０と図１１とは、冷却水通路４３、４
４の相違する構成例を示すものであり、図中４５はシリ
ンダブロック、４６はシリンダブロック４５に形成され
た冷却水通路、４７はピストンである。

【００４９】エンジン温度つまり冷却水温度が所定温度
以下の低温時には、前記開閉弁を閉じることにより、冷
却水通路４３への冷却水の流れが禁止されて、副室１
１、１２は早期に高温化される（自己着火の早期化）。
また、冷却水温度が上記所定温度を越えたときは、開閉
弁を開くことにより、冷却水通路４３に冷却水が流れ
て、極端に高温化することが防止される（エンジン保
護）。

【００５０】図１２〜図１８の説明図１２〜図１８は、高温ＥＧＲガスを利用して、副室１
１、１２での自己着火時期を早期化するようにした例を
示し、特に、エンジン冷間時に、高温ＥＧＲガスを層状
化して燃焼室２に供給する場合を示す。図１２は、高温
ＥＧＲガスを、燃焼室外周縁部に偏在（層状化）して供
給するようにした例を示す。この場合は、燃焼室外周縁
部の混合気を効率的に高温化することができる。図１３
は、高温ＥＧＲガスを、燃焼室中心部に偏在して供給す
るようにした例を示す。この場合は、点火プラグ１０に
よる着火後、主火炎の広がりによって、より過熱された
混合気が燃焼室外周縁部へ供給されることになる。図１
２、図１３の場合共に、内部ＥＧＲによるエミッション
低減効果との相乗効果により、ＨＣおよびＮＯｘが飛躍
的に低減される。

【００５１】図１４は、高温ＥＧＲガスの供給と低温Ｅ
ＧＲガスとの供給とを、エンジンの運転状態に応じて適
切に切換えるようにしたものであり、図１４は低温ＥＧ
Ｒガスの供給態様例をしめすものである（低温ＥＧＲガ
スを、燃焼室中心部に偏在して供給する場合を示す）。
すなわち、冷間時（および／または低負荷時）には、高
温ＥＧＲガスが図１２あるいは図１３に示すように供給
される。また、温間時（および／または高負荷時）に
は、図１４に示すように低温ＥＧＲガスが供給される。
この場合、本発明では燃焼室外周縁部での部分失火とい
う事態が生じがたいので、通常エンジンに比してＥＧＲ
ガス量を増大することができ、ＮＯｘを飛躍的に低減す
ることができる。

【００５２】図１５は、図１２あるいは図１３に示す高
温ＥＧＲガスの供給態様と、図１４に示す低温ＥＧＲガ
スの供給態様とが得られるようにした構成例を示す。こ
の図１５において、燃焼室中心部には、点火プラグ１０
が配設される他、ＥＧＲポート５１が開口されている。
シリンダヘッドＳＨには、燃焼室中心部において、所定
容積を有する高温ＥＧＲガスを貯溜するための貯溜室５
２が形成されており、この貯溜室５２が、ＥＧＲポート
５１を介して燃焼室１と連通されている。

【００５３】ＥＧＲポート５１は、傘弁式のＥＧＲ弁
（図示略）により、クランク軸の回転と同期して、図１
６で示すようなタイミングで開閉される。すなわち、Ｅ
ＧＲポート５１は、例えば吸気行程の終期と膨張行程の
終期とに開かれる。これにより、膨張行程において、燃
焼室１内の燃焼ガスが高温ＥＧＲガスとして貯溜室５２
に貯溜され、次の吸気行程において、貯溜室５２内の高
温ＥＧＲガスが燃焼室１へ供給される。

【００５４】ＥＧＲポート５１を、図１５実線で示すよ
うに燃焼室１の中心部に設けた場合は、貯溜室５２から
の高温ＥＧＲガスは、図１３に示すように燃焼室１の中
心に偏在して供給される。これに対して、ＥＧＲポート
５１を、図１５一点鎖線で示すように燃焼室外周縁部に
設けた場合は、貯溜室５２からの高温ＥＧＲガスは、図
１２に示すように燃焼室外周縁部に偏在して供給され
る。

【００５５】なお、ＥＧＲ弁の開閉駆動は、油圧式ある
いは電磁式の駆動装置によりおこなって、前述した所定
の運転領域でのみ高温ＥＧＲガスを燃焼室１へ供給する
ようにすることができる、また、クランク軸により回転
駆動されるカムシャフトにより、ＥＧＲ弁の開閉駆動を
おこなうこともでき、この場合、所定の運転領域でのみ
高温ＥＧＲガスの供給を行う場合は、クランク軸とカム
シャフトとの間に、クラッチ等の動力断続手段を設けて
おけばよい。

【００５６】吸気ポ−ト２、３のうち、一方の吸気ポ−
ト３（に連なる吸気通路）には、エミッション低減が強
く要求される低負荷時に閉じられるシャッタ弁５３が配
設されて、このシャッタ弁５３が閉じられたとき、燃焼
室１内には、図１５中反時計方向の吸気のスワ−ルが生
成されるようになっている（吸気ポ−ト２を燃焼室１の
略接線方向に指向）。また、シャッタ弁５３の下流にお
いて、吸気ポ−ト（に連なる吸気通路）には、外部ＥＧ
Ｒ通路５４の下流端が開口されている。この外部ＥＧＲ
通路５４は、排気系路から分岐されたもので、エンジン
本体の外部において長く配設されて、低温ＥＧＲガスを
供給するためのものとなっている。そして、外部ＥＧＲ
通路５４の下流端は、吸気ポ−ト３のうち、燃焼室１の
中心側寄りに開口されて、低温ＥＧＲガスは、燃焼室中
心部に偏在して供給されるようになっている。なお、外
部ＥＧＲ通路５４には、開閉弁５６が接続されて、前述
した所定の運転領域でのみ低温ＥＧＲガスを燃焼室１へ
供給するようになっている。

【００５７】図１７は、ＥＧＲポート５１の好ましい開
タイミングの設定例を示す。この図１７では、ＥＧＲポ
ート５１を、貯溜室５２内の圧力と燃焼室１内の圧力と
がほぼ等しくなった時期に行うようにしてある。より具
体的には、ＥＧＲポート５１の開時期を、圧縮行程の初
期と膨張行程の終期とに行うようにしてある。このよう
にすることによって、貯溜室５２と燃焼室１との間での
ＥＧＲガス（燃焼ガス）の移動に際して大きな運動エネ
ルギを消費するのが防止される（ＥＧＲガスの温度低下
防止）。

【００５８】図１８は、ＥＧＲポート５１を、高温ＥＧ
Ｒガス供給用と、低温ＥＧＲガス供給用とで兼用させた
場合を示す。すなわち、ＥＧＲポート５１には、外部Ｅ
ＧＲ通路５４が接続され、この外部ＥＧＲ通路５４に配
設する開閉弁５５を、ＥＧＲポート５１から所定距離
（貯溜室５２に相当する容積を確保する距離）離れた位
置に配設してある。開閉弁５５は、冷間時（および／ま
たは低負荷時）に閉じられ、このときは、高温ＥＧＲガ
スが燃焼室１へ供給される。また、温間時（および／ま
たは高負荷時）には、開閉弁５５が開かれて、このとき
は低温ＥＧＲガスが燃焼室１へ供給される。なお、図１
５における貯溜室５２の内壁、あるいは図１８における
ＥＧＲ通路５４のうち開閉弁５５よりも下流側の内壁
を、セラミック等の断熱部材により被覆しておくことに
より、高温ＥＧＲガスを高温のままに保持しておく上で
好ましいものとなる。

【００５９】図１９（図１２、図１３）の説明図１に示すラジカル領域Ｋ２（予反応帯）でのラジカル
濃度増大あるいはラジカル量増大を行うことが、本発明
の効果をより助長する上でこのましいものとなる。この
ため、燃焼室１内において、酸素濃度制御することがで
きる。この酸素濃度制御のため、図１９に示すように、
２つの吸気ポ−ト２、３以外に、別途濃度制御用の第３
吸気ポ−ト６１が燃焼室１の中心部に開口される。この
第３吸気ポ−ト６１は、図示を略す傘弁式の制御弁によ
り、吸気ポ−ト２、３と同じようなタイミングで開閉さ
れるが、その開口面積は、他の吸気ポ−ト２、３に比し
て十分小さいものとされている。

【００６０】第３吸気ポ−ト６１（に連なる吸気通路）
には、吸入空気のうち酸素分子のみを通過させる酸素富
化膜６２が接続されている。これにより、第３吸気ポ−
ト６１からの酸素は、燃焼室１の中心部へ偏在して供給
される（層状化）。

【００６１】燃焼室外周縁部において、酸素濃度を部分
的に高くするには、第３吸気ポ−ト６１を、燃焼室外周
縁部に開口させるようにすればよい。燃焼室中心部ある
いは燃焼室外周縁部において部分的に酸素濃度高くする
には、図１５、図２０に示すように吸気のスワ−ルを利
用してもよい。

【００６２】前述のように、燃焼室外周縁部の酸素濃度
を部分的に高くするか（図１２参照）、あるいは燃焼室
中心部の酸素濃度を部分的に高くする（図１３参照）場
合は、いずれにあっても、酸素分子と燃料分子との衝突
確立が高められて、副室１１、１２近傍のラジカル領域
Ｋ２の厚さや濃度が増大されて、副室１１、１２での早
期自己着火を得ることができる。なお、本発明では、副
火炎同士の合体や、主火炎と副火炎との早期合体による
最大発熱量の抑制がおこなわれるため、酸素濃度を部分
的に高めてもても問題はないが、通常のエンジンでは、
酸素濃度を高めることによって燃焼温度が上昇して、Ｎ
Ｏｘ低減の上で好ましくないものとなってしまう。

【００６３】上述した酸素濃度を部分的に高くすること
に代えて、窒素濃度を部分的に低くしてもよい（図１
２、図１３の窒素に関する説明参照）。この場合は、前
記酸素富化膜６２を、セラミック等の窒素吸着剤６３と
することにより、燃焼室２の中心部での窒素濃度を部分
的に低くすることができる。ただし、圧縮圧力を十分
確保するため、窒素濃度低減分だけ、ＥＧＲをおこなう
とよい。この窒素濃度制御の場合は、ＮＯｘ低減の上で
特に好ましいものとなる（ＮＯｘ生成の基となる窒素低
減と、窒素低減に代わるＥＧＲ実行）。

【００６４】図２０の説明ラジカル領域Ｋ２において、Ｃ₂ ラジカルは、空燃比が
小さくなるほど（リッチになるほど）大きくなることが
知られている。したがって、燃焼室１内における濃混合
気の分布制御を行なうことによって、上記Ｃ₂ ジカルの
濃度、量を増大させて、副室１１、１２での自己着火の
早期化を図ることができる。

【００６５】具体的には、図１２に示すように燃焼室外
周縁部をリッチにする層状化を行なえばよい。また、図
１３に示すように燃焼室中心部をリッチにする層状化を
行なってもよく、この場合、主火炎の広がりに応じてリ
ッチ部分が燃焼室外周縁部へと広がる。

【００６６】燃焼室外周縁部の混合気をリッチにする層
状化を行なう場合の一例が、図２０に示される。この図
２０において、一方の吸気ポ−ト３（に連なる吸気通
路）に設けたシャッタ弁５３を閉じることにより、燃焼
室１内に吸気のスワ−ルが発生される。また、他方の吸
気ポ−ト２（に連なる吸気通路）に設けた燃料噴射弁６
５が、燃焼室外周縁部に指向するように配設されてい
る。これにより、燃料噴射弁６５から燃焼室外周縁部に
向けて噴射された燃料は、吸気のスワ−ルによって、燃
焼室外周縁部に偏在して層状化される。

【００６７】燃焼室中心部をリッチにするには、燃料噴
射弁６５を、燃焼室中心部に指向させればよいが、燃焼
室１に対して極力縦方向（シリンダ軸線方向）に向かう
ようにして、燃焼室外周縁部に燃料が拡散しないように
するのが好ましい。また、燃焼室中心部をリッチにする
には、この他、図１９に示すような燃焼室中心部に開口
する吸気ポ−ト６１から燃料を供給することによって行
なうようにしてもよい。

【００６８】図２１〜図２７の説明ラジカル濃度の増大という点では、低オクタン価の燃料
の方が高オクタン価燃料よりも有利である。このような
観点から、図２１に示すように、副室１１、１２が位置
する燃焼室外周縁部に低オクタン価の燃料が層状化する
ように供給するのが好ましい。このとき、全体としてノ
ッキング防止のために、高オクタン価燃料を、燃焼室中
心部に層状化するように供給することができる。

【００６９】図２２の場合とは逆に、燃焼室外周縁部に
高オクタン価燃料を層状化させ、燃焼室中心部に低オク
タン価燃料を層状化するように供給することもできる。
この場合、図２３に示すように、点火プラグ１０の着火
により生じる主火炎が燃焼室外周縁部に広がって、低オ
クタン価燃料を利用して濃度増大されたラジカルが副室
１１、１２に到達することになる。

【００７０】図２４に示すように、エンジンの運転状態
に応じて、ノッキングが生じ易い領域（低回転高負荷領
域）には高オクタン価燃料のみを燃焼室１に供給し、そ
の他の領域のときは低オクタン価燃料のみを燃焼室１に
供給して副室１１、１２での自己着火を早めるようにす
ることもできる。

【００７１】図２５は、図２４に示すようなエンジン運
転状態に応じて供給する燃料を使い分ける場合の具体的
な構成例を示す。この図２５において、６７は高オクタ
ン価燃料を貯留する第１燃料タンク、６８は低オクタン
価燃料を貯留する第２燃料タンクである。両タンク６
７、６８は、切換弁６９を介して、燃料ポンプ７０の吸
込側に接続されている。上記切換弁６９は、エンジン回
転数センサＳ１とエンジン負荷センサＳ２とからの信号
を受ける制御ユニットＵ１によって切換制御される。

【００７２】制御ユニットＵ１は、エンジン運転状態が
図２４に示す高オクタン価燃料使用領域（ノッキング発
生領域）のときは、ポンプ７０を第１燃料タンク６７の
みに接続する状態に切換弁６９を切換え、これにより、
燃焼室１へは高オクタン価燃料のみが供給される。ま
た、エンジン運転状態が、図２４に示す低オクタン価燃
料使用領域のときは、制御ユニットＵ１は、ポンプ７０
を第２燃料タンク６８のみに接続する状態に切換え、こ
れにより、燃焼室１へは低オクタン価燃料のみが供給さ
れる。なお、切換弁６９を、中間の切換位置として、高
オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが所定割合で混合
された燃料を燃焼室１へ供給することもできる。

【００７３】図２６は、２つの吸気ポ−ト２、３（に連
なる吸気通路）にそれぞれ燃料噴射弁７１、７２を配設
して、各燃料噴射弁７１、７２毎に個々独立して燃料供
給系統を構成してある。すなわち、燃料噴射弁７１が、
第１燃料ポンプ７３を介して、高オクタン価燃料を貯留
した第１燃料タンク６７に接続されている。また、燃料
噴射弁７２が、第２燃料ポンプ７４を介して、低オクタ
ン価燃料を貯留した第２燃料タンク６８に接続されてい
る。各ポンプ７３、７４は、前記センサＳ１、Ｓ２から
の出力を受ける制御ユニットＵ２によって制御される。
勿論、図２４に示す高オクタン価燃料使用領域のときは
第１燃料ポンプ７３のみが運転され、その他の領域では
第２燃料ポンプ７４のみが運転される

【００７４】図２７は、燃料タンクを１つのみとして、
高オクタン価燃料供給と、低オクタン価燃料供給とを切
換えることのできるようにした場合を示す。この図２７
において、高オクタン価燃料を貯留した燃料タンク７５
から伸びる燃料通路Ｔに対して、燃料タンク７５側から
順次、切換弁７６、分離器７７、開閉弁７８、燃料ポン
プ７９が接続されている。燃料通路Ｔには、バイパス通
路８０が設けられて、、このバイパス通路８０の一端が
前記切換弁７６に接続され、バイパス通路８０の他端
が、開閉弁７８と燃料ポンプ７９との間に接続されてい
る。

【００７５】前記分離器７７は、燃料成分中から耐ノッ
ク成分（オレフィン・アロマ等）を分離して、分離した
耐ノック成分を回収通路８２を介して補助タンク８１に
供給する。この補助タンク８１は、供給通路８３を介し
てバイパス通路８０に接続され、この供給通路８３には
開閉弁８４が接続されている。前記各弁７６、７８、８
４は、各センサＳ１、Ｓ２からの出力を受ける制御ユニ
ットＵ３によって制御される。

【００７６】エンジン運転状態が図２４に示す低オクタ
ン価燃料領域のときは、切換弁７６がバイパス通路８０
を閉じて、燃料タンク７５と分離器７７とを接続する。
また、開閉弁７８が開かれ、開閉弁８４は閉じられる。
この状態で、ポンプ７９が運転されると、燃料タンク７
５からの高オクタン価燃料は、分離器７７を通過して燃
焼室１へと供給される。分離器７７を通過するとき、高
オクタン価燃料中の耐ノック成分が分離されて、分離さ
れた耐ノック成分が補助タンク８１に貯留される。

【００７７】エンジン運転状態が、図２４に示す高オク
タン価燃料領域のときは、切換弁７６が、バイパス通路
を開いて、燃料タンク７５と分離器７７とを遮断する。
また、開閉弁７８が閉じられ、開閉弁８４が開かれる。
これにより、燃料タンク７５からの燃料は、分離器７７
を通ることなく、バイパス通路８０を経て燃焼室１へと
供給される。このとき、補助タンク８１に貯留されてい
た耐ノック成分が、バイパス通路８０に供給されるた
め、燃焼室１へ供給される燃料のオクタン価は、燃料タ
ンク７５に貯留されている燃料のオクタン価よりも高い
ものとなる。

【００７８】以上の説明から既に明らかなように、燃料
タンク７５中の燃料は、補助タンク８１からの耐ノック
成分の供給を勘案して、燃焼室１での要求オクタン価よ
りも低いオクタン価のものとすることができる。また、
燃タンク７５中の燃料のオクタン価を燃焼室１の要求オ
クタン価に合せておけば、補助タンク８１からの耐ノッ
ク成分の増量分だけさらに他ノック性が向上されて、エ
ンジン出力を大幅に向上させることができる。

【００７９】図２８、図２９の説明図２８、図２９は、副室１１、１２での自己着火を早期
化するために、点火プラグ１０を利用した混合気の活性
化により行なうようにしたものである。すなわち、吸気
行程から圧縮行程の間の所定時期、より具体的には、燃
焼室１に混合気が供給された後で正規の点火時期前のう
ち、点火プラグ１０による点火を行なっても混合気の着
火が行なわれない時期に、点火プラグ１０をパルス的に
作動（短時間の間に複数回作動）させる。これにより、
燃焼室１へ供給されている混合気は、活性化されること
になる。

【００８０】活性化された混合気を燃焼室外周縁部へ偏
在させる、つまり副室１１、１２周囲に位置させるため
に、燃焼室１内に吸気のスワ−ルを生じさせるの好まし
い。すなわち、点火プラグ１０付近で活性化された混合
気が、吸気のスワ−ルによって、燃焼室外周縁部へと移
動されることになる。このような活性化された混合気
が、燃焼室中心部から外周縁部へと移動していく途中の
状態が図２８に示され、活性化された混合気が燃焼室外
周縁部に層状化して集中された状態が図２９に示され
る。

【００８１】図３０の説明図３０は、噴孔１１ａ、１１ｂ（１２ａｓ、１２ｂ）の
形状を、副室１１（１２）から燃焼室１へ向けて徐々に
拡径するテ−パ状としたものである。これにより、副室
１１（１２）内に対してより多くのラジカルを流入させ
て、副室１１（１２）での自己着火が早期化される。図
３０では、副室構成部材２１（２２）を、燃焼室側方か
ら取付ける場合を示しているが、副室構成部材２１（２
２）を燃焼室上方から取付ける場合も同様である。

【００８２】図３１〜図３３の説明図３１は、副室１１と燃焼室１とを連通する連通口とし
て、噴孔１１ａ、１１ｂの他に、流入口８１をさらに設
けたものである。この流入口８１は、副室構成部材２１
の先端部に形成されて、燃焼室中心部特に点火プラグ１
０に向かうように指向されている、そして、流入口８１
の開口面積は、噴孔１１ａ、１１ｂの開口面積に比して
十分小さいものとされている。この流入口８１を通し
て、副室１１内にはラジカルがより多く流入されて、副
室１１内での自己着火時期が早められる。なお、流入口
８１の開口面積は、噴孔１１ａ、１１ｂに比して小さい
ので（抵抗が大きい）、副室１１からの火炎は、そのほ
とんどが噴孔１１ａ、１１ｂから噴出される。なお、副
室１２（副室構成部材２２）についても同様に構成され
る。

【００８３】図３１は、副室構成部材２１（２２）を、
燃焼室側方から取付ける場合を示してあるが、燃焼室上
方から取付ける場合も同様に流入口８１を設けることが
できる。図３２、図３３は、流入口８１を有する副室構
成部材２１、２２を、燃焼室上方から取付ける場合の例
を示してある。この場合、図３３から明らかなように、
流入口８１の高さ位置を、点火プラグ１０（点火ギャッ
プ）の高さ位置とほぼ同じとするのが、副室１１、１２
内により多くのラジカルを流入させる上で好ましいもの
となる。なお、この場合は、流入口８１は、副室構成部
材２１（２２）の側面に形成される。

【００８４】図３４、図３５の説明図３４は、図３１に示すような流入口８１を有するもの
において、流入口８１に対向する副室１１（１２）の所
定内壁面８２を、当該流入口８１の軸線に対して直交す
る平面として構成してある。すなわち、流入口８１を通
して副室１１（１２）内に流入する燃焼室１からの圧力
波が、所定内壁面８２で反射されて、この反射された反
射波が流入口８１へ向かうように設定してある。そし
て、流入口８１と所定内壁面８２との距離を、流入口８
１からの圧力波と所定内壁面８２からの反射波とが共鳴
するように設定してある（ホルムヘルツの共鳴）。

【００８５】これにより、副室１１（１２）内の混合気
の有するエネルギががより高められて、副室１１（１
２）内での自己着火時期が早められる。なお、共鳴時期
を早めるために、副室１１（１２）の長さ（図３４上下
方向長さ）を、副室１１（１２）の幅（図３４左右方向
長さ）よりも小さく設定するのが好ましい。

【００８６】図３５は、１つの副室１１（１２）つまり
１つの副室構成部材２１（２２）に対てして、互いに鋭
角をなす角度関係で流入口８１を２個設けると共に、こ
の各流入口８１に対して所定内壁面８２を２個設けてあ
る。この所定内壁面８２を２個形成するに際しては、流
入口８１に対向する副室内壁面を円錐形状に形成するこ
とにより構成してある。すなわち、流入口８１が形成さ
れる副室構成部材２１（２２）の先端部内壁面形状は円
錐形状とされているが、この先端部内壁面に対向して所
定内壁面８２とされる部分も円錐形状として形成されて
いる。この場合は、流入口８１の数の増加と、共鳴効果
のさらなる高まりとによって、副室１１（１２）での自
己着火時期が飛躍的に高められる。

【００８７】図３６の説明図３６は、副室１１（１２）の内壁面全体あるいは一部
に、酸化促進触媒層８３を形成（例えばＰｔ、Ｒｄ等の
貴金属層をメッキする等により形成）して、低温酸化反
応を促進させ、もって副室１１（１２）内での自己着火
時期を早めるようにしたものである。

【００８８】上記酸化促進触媒層８３の代りに、セラミ
ック等の断熱層として形成してもよい。この場合は、副
室１１（１２）内部に停滞する既燃ガスの熱エネルギ
を、次の燃焼サイクルまで有効に保持して、副室１１
（１２）での自己着火時期を早めることができる。

【００８９】図３７の説明図３７は、外部から副室１１（１２）内に光エネルギを
付与して、副室１１（１２）内の混合気を振動させて活
性化させ、もって副室１１（１２）内での自己着火時期
を早めるようにした場合の例を示す。すなわち副室構成
部材２１（２２）に、副室１１（１２）に連なる光通路
８５を形成して、この光通路８５中に、副室中心部にお
いて焦点を結ばせるレンズ８６を配設する。用いる光線
としては、ＵＶ光線、レ−ザ光線等エネルギ密度の高い
ものが選択される。なお、このような光エネルギは、副
室１１（１２）内に直接付与する場合に比して効果は劣
るが、燃焼室１（特に燃焼室外周縁部のうち副室付近）
に付与することもできる。

【００９０】図３８図３９の説明図３８図３９は、シリンダヘッドＳＨの下面に、吸気
ポ−ト２と排気ポ−ト４との間においてスキッシュエリ
ア９１を形成し、吸気ポ−ト３と排気ポ−ト５との間に
おいてスキッシュエリア９２を形成してある。このスキ
ッシュエリア９１、９２が形成された部分に対応して、
副室１１、１２をシリンダヘッドＳＨの鋳造時に中空部
として同時に形成するようにしてある。そして、各噴孔
１１ａ〜１２ｂを、スキッシュエリア９１、９２に開口
させるようにしてある。また、副室１１、１２と燃焼室
１とを連通する流入口８１（図３１〜図３３の説明参
照）を、点火プラグ１０と略同一高さ一において燃焼室
１に開口するように形成してある。

【００９１】上記スキッシュエリア９１、９２による混
合気の乱れ促進により、副室１１、１２での自己着火が
早期化される。また、噴孔１１ａ〜１２ｂをスキッシュ
エリアに設けてあるため、主火炎と副火炎との衝突（乱
れ）が促進されて、主火炎中での酸化、還元反応も促進
されることになる（ＨＣ、ＮＯｘのさらなる低減）。さ
らに、スキッシュ流により、後期燃焼も促進されて、Ｎ
Ｏｘ低減の上でより好ましいものとなる。スキッシュエ
リアは、上記９１、９２に代えてあるいは加えて、各吸
気ポ−ト２と３との間および各排気ポ−ト４と５との間
に形成して、この部分に副室を形成するようにしてもよ
い。

【００９２】なお、副室１１、１２をシリンダヘッドＳ
Ｈの鋳造時に形成することにより、噴孔１１ａ〜１２ｂ
の位置と合せてその配設位置を常に所望の位置とするこ
とができ（噴孔１１ａ〜１２ｂは、シリンダヘッドＳＨ
の鋳造時に同時に形成することもできるが、鋳造後に機
械加工により形成することがもきる）。また、圧縮比を
十分確保する上でも好ましい態様となる。

【００９３】混合気の乱れ促進による副室１１、１２で
の自己着火早期化という点では、既に述べたように、吸
気のスワ−ルを生成するのが好ましく、あるいは、吸気
のタンブル（縦渦）を形成するようにしてもよい。特
に、吸気のタンブルを形成した場合は、燃焼室１の高さ
方向の乱れも促進されるため、ラジカル領域Ｋ２の厚さ
を厚くして、副室１１、１２での自己着火促進の上で特
に好ましいものとなる。なお、吸気のタンブルを形成す
るには、例えば、２つの吸気ポ−ト２、３を極力シリン
ダ軸線方向に伸びるように燃焼室１に開口させて、両方
の吸気ポ−ト２、３から共に吸気を供給するようにすれ
ばよい（２つの平行なタンブル形成）。

【００９４】補足説明副室１１、１２での自己着火を早期化するためには、前
述した種々の態様の他、さらに次のような手法をも採択
し得る。すなわち、火炎電離性に優れた物質、例えばＫ
ａ、Ｃｅ等の物質を燃焼室１内に吸入空気あるい燃料に
混合して供給するようにしてもよい（ラジカル濃度の増
大）。この場合、火炎電離性に優れた物質は、燃焼室１
に均一に分布させる、燃焼室外周縁部に偏在させる、あ
るいは燃焼室中心部に偏在させる、のいずれの態様で供
給してもよい。また、副室１１、１２（副室構成部材２
１、２２）の燃焼室１への突き出し量を増大させること
によって、副室１１、１２での自己着火時期を早めるこ
とができる。

【００９５】以上実施例について説明したが、本発明は
これに限らず、例えば次のような場合をも含むものであ
る。（1)副室は、１つの燃焼室に対して１個のみあるは燃焼
室周方向略等間隔に３個以上設けてもよい。また、１つの副室に対して、噴孔を１つのみとしてもよ
くあるいは３個以上としてもよい。噴孔を１つとした場
合は、噴孔の燃焼室に対する開口方向を、吸気スワ−ル
の流れ方向、つまり吸気スワ−ルによって副火炎が燃焼
室周方向に成長されるのが促進される方向に開口するの
が好ましい。いずれにしても、副室の数、噴孔の数は、
点火プラグによる着火後早期に、副火炎が燃焼室１の全
外周縁部を覆うように成長する（環状の副火炎生成）よ
うに設定するのがよい（主火炎と合対する前に、副火炎
が環状火炎面を生成するように設定）。

【００９６】（2)燃焼室形状は、ペントル−フ型に限ら
ず、半球形、くさび形等適宜の形状であってもよい。（3)副室は、シリンダヘッドと別体に形成された副室構
成部材を、シリンダヘッド鋳造時に鋳ぐるむことにより
構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、シリンダヘッ
ドをその下面側から見たときの簡略平面図、

【図２】図１のＸ２−Ｘ２線断面図。

【図３】本発明の別の実施例を示すもので、図１に対応
した図。

【図４】図３のＸ４−Ｘ４線断面図。

【図５】副室構成部材の一例を示す断面図。

【図６】隣接する２つの燃焼室間における副室構成部材
の好ましい配設例を示す簡略平面図。

【図７】図６のＸ７−Ｘ７線断面図。

【図８】図６、図７に示される副室構成部材の詳細を示
す断面図。

【図９】本発明の別の実施例を示すもので、図１に対応
した図。

【図１０】本発明の別の実施例を示す要部断面図。

【図１１】本発明の別の実施例を示す要部断面図。

【図１２】本発明の別の実施例を示す簡略平面図。

【図１３】本発明の別の実施例を示す簡略平面図。

【図１４】本発明の別の実施例を示す簡略平面図。

【図１５】高温ＥＧＲあるいは低温ＥＧＲとを行なう場
合の具体例を示す簡略平面図。

【図１６】図１５に示されるＥＧＲポ−トの開閉時期の
一例を示す図。

【図１７】図１５に示されるＥＧＲポ−トの開閉時期の
他の例を示す図。

【図１８】高温ＥＧＲと低温ＥＧＲを切換えて行なうと
きの好ましい構成例を示す簡略平面図。

【図１９】酸素濃度あるいは窒素濃度を制御するときの
構成例を示す簡略平面図。

【図２０】混合気の分布を燃焼室外周縁部に偏在させる
ときの構成例を示す簡略平面図。

【図２１】オクタン価の相違する２種類の燃料の供給態
様例を示す簡略平面図。

【図２２】オクタン価の相違する２種類の燃料の別の供
給態様例を示す簡略平面図。

【図２３】図２２の状態から時間経過したときの状態を
示す簡略平面図。

【図２４】オクタン価の相違する２種類の燃料の使用領
域の設定例を示す図。

【図２５】オクタン価の相違する２種類の燃料の供給切
換えを行なうための一例を示す図。

【図２６】オクタン価の相違する２種類の燃料の供給切
換えを行なうための他の例を示す図。

【図２７】オクタン価の相違する２種類の燃料の供給切
換えを行なうためのさらに別の例を示す図。

【図２８】点火プラグを利用した混合気の活性化の一例
を説明するための簡略平面図。

【図２９】図２８の状態から時間経過したときを示す簡
略平面図。

【図３０】噴孔の好ましい設定例を示す要部断面図。

【図３１】副室構成部材の好ましい設定例を示す要部断
面図。

【図３２】副室構成部材の好ましい設定例を示すもの
で、図１に対応した簡略平面図。

【図３３】図３２のＸ３３−Ｘ３３線断面図。

【図３４】副室構成部材の好ましい設定例を示す要部断
面図。

【図３５】副室構成部材の好ましい設定例を示す要部断
面図。

【図３６】副室構成部材の好ましい設定例を示す要部断
面図。

【図３７】副室構成部材の好ましい設定例を示す要部断
面図。

【図３８】副室の好ましい構成例を示す簡略平面図。

【図３９】図３８のＸ３９−Ｘ３９線断面図。

【符号の説明】

１：燃焼室２，３：吸気ポ−ト４，５：排気ポ−ト１０：点火プラグ１１，１２：副室１１ａ〜１２ｂ：噴孔２１，２２：副室構成部材２５：本体部材２６：固定部材３１：副室構成部材（２つの燃焼室兼用）４１：発熱層４３：冷却水通路５１：ＥＧＲポ−ト５２：高温ＥＧＲガス用貯留室５３：シャッタ弁（吸気スワ−ル用）５４：低温用ＥＧＲ通路５５：開閉弁６２：酸素富化膜６３：窒素吸着剤６５：燃料噴射弁６７：高オクタン価燃料用タンク６８：低オクタン価燃料用タンク７７：耐ノック成分分離器８１：耐ノック成分貯留用タンク８１：流入口（副室での自己着火促進用）８２：圧力波の反射壁８３：酸化促進層（または断熱層）８５：光線通路８６：レンズ９１，９２：スキッシュエリア α：ペントル−フ型燃焼室の稜線ＳＨ：シリンダヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｂ 23/00 ＤＳＥ 23/08 ＢＦ０２Ｄ 19/06 ＺＦ０２Ｍ 7/06 25/07 ５５０ＲＧ５８０Ｃ 37/00 ３４１Ｚ 63/00 ＱＭ (72)発明者山本博之広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室に配設された点火プラグにより、燃
焼室に供給された混合気の着火を行うようにした火花点
火式のエンジンにおいて、燃焼室外周縁部に副室が構成され、前記副室は、燃焼室の略接線方向に指向された噴孔を介
して燃焼室と連通され、前記点火プラグが、前記副室内には配設されていないで
燃焼室の略中心部にのみ配設され、前記点火プラグによる混合気の着火後に、前記副室内で
自己着火が行なわれるように設定されている、ことを特
徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記副室が、燃焼室の周方向略等間隔に複数設けられ、前記噴孔が、各副室に対してそれぞれ、互いに燃焼室の
周方向において逆向きとなるように設定された少なくと
も２個設けられているもの。
【請求項３】請求項２において、前記副室が、燃焼室の周方向に略１８０度間隔で合計２
個設けられているもの。
【請求項４】請求項１において、内部に前記副室を構成すると共に前記噴孔が形成された
副室構成部材が、エンジン本体とは別体に形成され、前記副室構成部材が、前記噴孔が燃焼室内に臨むように
してエンジン本体に取付けられているもの。
【請求項５】請求項４において、燃焼室形状が、ペントル−フ型とされ、前記ペントル−フ型燃焼室の稜線の各端部において、前
記副室構成部材が燃焼室の上方からエンジン本体に取付
けられているもの。
【請求項６】請求項１において、前記副室が、前記噴孔の他に、前記点火プラグに指向さ
れた流入孔を介して燃焼室と連通されているもの。
【請求項７】請求項６において、前記流入孔の開口面積が、前記噴孔の開口面積よりも十
分に小さくされているもの。
【請求項８】請求項４において、前記副室構成部材が、燃焼室の側方から、エンジン本体
に取付けられているもの。
【請求項９】請求項８において、前記副室構成部材が、互いに離間した２組の副室および
噴孔とを有する構造として構成され、隣接する２つの燃焼室に跨がって前記副室構成部材が配
設されて、該副室構成部材の一方の組の噴孔が一方の燃
焼室に臨まされ、他方の組の噴孔が他方の燃焼室に臨ま
されているもの。
【請求項１０】請求項１において、燃焼室が、スキッシュエリアを有するものとして構成さ
れ、前記副室が前記スキッシュエリア近傍に形成され、前記噴孔が、前記スキッシュエリアに開口されているも
の。
【請求項１１】請求項４において、前記副室構成部材が、前記副室および噴孔を有する本体
部材と、エンジン本体に螺合されて該本体部材をエンジ
ン本体に固定するための固定部材とから構成されている
もの。
【請求項１２】請求項１１において、前記本体部材内の副室が前記固定部材によって施蓋され
て、該副室が該固定部材によってエンジン本体外部と遮
断されているもの。
【請求項１３】請求項１において、燃焼室外周縁部に、発熱手段が設けられているもの。
【請求項１４】請求項４において、前記副室の近傍に、エンジンの冷却水通路が形成されて
おり、エンジンの低温時に、前記副室近傍にある前記冷却水通
路での冷却水通過が禁止されるもの。
【請求項１５】請求項１において、高温のＥＧＲガスを、燃焼室の中心部あるいは外周縁部
に偏在して供給するための高温ＥＧＲ手段を有するも
の。
【請求項１６】請求項１５において、前記高温ＥＧＲ手段が、連通ポートを介して燃焼室と連
通されたＥＧＲガス貯留室と、該連通ポートを開閉する
ためのＥＧＲ弁と、を備え、前記ＥＧＲ弁が、エンジンの膨張行程に開かれると共
に、吸気行程あるいは圧縮行程において開かれるもの。
【請求項１７】請求項１６において、前記ＥＧＲ弁が、前記ＥＧＲガス貯留室の圧力と燃焼室
の圧力とが略等しくなるタイミングで開かれるもの。
【請求項１８】請求項１６において、前記ＥＧＲガス貯留室が、低温のＥＧＲガスを供給する
ための低温ＥＧＲ通路に対して開閉弁を介して接続さ
れ、前記開閉弁が、エンジンの低温時または低負荷時には閉
とされ、エンジンの高負荷時に開とされるもの。
【請求項１９】請求項１において、燃焼室内において吸気の渦を生成する渦流生成手段を備
えているもの。
【請求項２０】請求項１９において、前記吸気の渦が、縦渦とされるもの。
【請求項２１】請求項１において、燃焼室中心部あるいは燃焼室外周縁部が、酸素濃度の高
い酸素リッチ領域とされるもの。
【請求項２２】請求項１において、燃焼室中心部あるいは燃焼室外周縁部が、窒素濃度の低
い窒素リ−ン領域とされるもの。
【請求項２３】請求項１において、燃焼室に、火炎電離性に優れた物質が供給されるもの。
【請求項２４】請求項１において、濃混合気が、燃焼室中心部あるいは燃焼室外周縁部に偏
在して供給されるもの。
【請求項２５】請求項１において、燃焼室に対して、エンジンのノッキングが生じやすい運
転領域では高オクタン価燃料を供給し、その他の運転領
域では低オクタン価燃料を供給する供給燃料切換手段を
有するもの。
【請求項２６】請求項１において、燃焼室に対して、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料
とが共に供給されるように設定され、前記低オクタン価燃料が、燃焼室の中心部あるいは燃焼
室外周縁部に偏在して供給されるもの。
【請求項２７】請求項２５において、燃焼室へ供給される燃料中から耐ノック成分を分離する
分離手段を備え、燃焼室へ低オクタン価燃料を供給するときは、前記分離
手段により耐ノック成分が分離された後の燃料が供給さ
れ、燃焼室へ高オクタン燃料を供給するときは、前記分離手
段による耐ノック成分の分離を禁止すると共に、該分離
手段で分離された耐ノック成分が付加された燃料が燃焼
室へ供給されるもの。
【請求項２８】請求項１において、エンジンの吸気行程から圧縮行程のうち、混合気の着火
に関与しないタイミングにおいて、前記点火プラグがパ
ルス的に作動されるもの。
【請求項２９】請求項１において、前記副室が、吸気ポ−トと排気ポ−トとの間のうち、排
気ポ−ト側にオフセットされた位置に配設されているも
の。
【請求項３０】請求項７において、前記副室を画成する壁面のうち前記流入孔に臨む所定内
壁面と該流入孔との間の距離が、所定距離となるように
設定され、前記所定距離が、該流入孔から副室へ導入される圧力波
と、該圧力波が前記内壁面で反射された反射波とが該副
室内で共鳴するように設定されていもの。
【請求項３１】請求項１において、前記副室内に、発熱手段が配設されているもの。
【請求項３２】請求項１において、前記副室の画成壁が、断熱構造とされているもの。
【請求項３３】請求項１において、前記副室の内壁面に、酸化促進用の触媒層が形成されて
いるもの。
【請求項３４】請求項１において、前記副室内に、ＵＶ光線あるいはレ−ザ光線を照射する
照射手段が設けられているもの。
【請求項３５】請求項１において、前記副室での自己着火により前記噴孔から噴出された副
火炎が、燃焼室周方向全長に渡って成長して環状の火炎
を形成するもの。
【請求項３６】請求項３４において、前記環状の火炎が形成された後、該環状の火炎が前記点
火プラグにより着火されることにより生じる主火炎と合
致されるもの。